[發明專利]絕緣襯底的高性能氧化鎵場效應晶體管制備方法

在審

• 申請號: 202011067739.6
• 申請日: 2020-10-07
• 公開（公告）號: CN112133755A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 周弘;雷維娜;楊蓉;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/10;H01L29/24
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

本發明公開了一種絕緣襯底的高性能氧化鎵場效應晶體管制備方法，主要解決現有外延法生長Ga₂O₃薄膜成本高，襯底與薄膜間晶格失配與熱失配難以消除的問題。其實現過程為：選擇n型β?Ga₂O₃單晶襯底并清洗，并通過多次機械剝離得到納米級β?Ga₂O₃薄膜；將絕緣襯底浸泡在丙酮中以去除有機污染物等，再將納米級的β?Ga₂O₃薄膜轉移到絕緣襯底上，并在該薄膜上依次進行光刻、淀積金屬層形成源端及漏端電極；再在制作完源漏電極的樣件表面淀積Al₂O₃，并在Al₂O₃表面依次進行光刻和淀積金屬層形成柵電極，完成氧化鎵基器件制作。本發明制作過程簡單、成本低，制備的Ga₂O₃薄膜質量高，可用于制備高性能的氧化鎵基器件。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，特別涉及一種絕緣襯底的高性能氧化鎵場效應晶體管制備方法，可用于制備納米級的氧化鎵薄膜及界面接觸良好的高性能氧化鎵基器件。

技術背景

氧化鎵共有α、β、γ、δ和ε五種晶型，其中單斜的β-Ga₂O₃具有最好的熱穩定性，其他亞穩定相很容易在高溫下轉變成β-Ga₂O₃，因此目前大部分研究都是圍繞β-Ga₂O₃展開的。β-Ga₂O₃具有4.4-4.9eV的超大禁帶寬度，這一特征使其電離率較低從而擊穿場強較高，約為8MV/cm，是Si的20倍以上，是SiC和GaN的兩倍多。此外，β-Ga₂O₃的Baliga品質因數是4H-SiC的8倍以上，GaN的4倍以上；高頻Baliga優值約為Si的150倍，約為4H-SiC的3倍、GaN的1.5倍。Ga₂O₃材料的導通電阻理論值很低，則在相同條件下的單極器件，其導通損耗比SiC、GaN器件低至少一個數量級，這有利于提高器件的效率。綜上分析，β-Ga₂O₃是一種具有很大前景的功率半導體材料，基于β-Ga₂O₃的功率半導體器件在高頻、高壓、大功率應用中具有很大潛能。

目前，有很多關于β-Ga₂O₃ FET器件的研究，而實現高性能的氧化鎵基器件的前提是獲得高質量的Ga₂O₃薄膜。目前制備Ga₂O₃薄膜的方法主要是通過外延法，包括金屬有機物化學氣相沉積法MOCVD、分子束外延MBE、脈沖激光沉積法PLD等，其中：金屬有機物化學氣相沉積法MOCVD沉積速率不高，參加沉積的反應源和反應后的氣體有毒，且易燃易爆，在給器件某一個表面沉積薄膜或需要局部沉積薄膜時比較困難，且在成膜時要求基體溫度高，使得其應用受到限制；分子束外延MBE法可以獲得較高質量的Ga₂O₃單晶薄膜，適用于制備具有在納米級控制的成分和摻雜分布結構，但制備過程需要在高真空環境，且維護周期長，生產成本高；脈沖濺射沉積法PLD生長的薄膜存在表面顆粒問題，制備的Ga₂O₃薄膜存在不均勻的問題。

總上，外延法生長Ga₂O₃薄膜的缺點主要體現在成本較高、襯底與薄膜間較大的晶格失配與熱失配難以消除，導致外延生長的Ga₂O₃單晶薄膜的質量較低，影響β-Ga₂O₃ FET器件的性能，限制了Ga₂O₃基高功率器件的實用化。

發明內容